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声压基阵误差单辅助矢量水听器快速校准方法
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声压基阵误差单辅助矢量水听器快速校准方法

  摘要:针对方位依赖的声压基阵误差校正困难问题,提出了声压基阵误差单辅助矢量水听器快速校准方法。利用精确校正的单只矢量水听器,就可以对声源方位及方位依赖的声压基阵幅度相位误差,进行无模糊的联合估计。由于阵元位置误差、互耦及通道的幅度相位误差均可以等效为方位依赖的基阵幅度相位误差,所以可以对多种同时存在的基阵误差进行校正。该方法适用于任意的阵列结构,不存在参数联合估计的局部收敛问题,只需参数的一维搜索, 运算量小可实时在线完成。通过计算机仿真实验验证了该方法的有效性。

  关键词:矢量水听器;基阵误差;方位依赖;快速校正

  1 引言

  测向技术在声纳、雷达、地震勘测等领域有着广泛的应用。以 MUSIC 算法[1]为代表的基于特征分解的超分辨测向方法在理想情况下具有非常高的分辨性能,但当基阵模型存在误差时,这类方法的性能将急剧下降,甚至失效[2],因此有必要寻求 简便有效的基阵模型误差校准方法。

  基阵模型误差包括:各阵元通道的幅相误差、 阵元位置误差、阵元间的互耦。基阵误差校正方法通常分为有源校正方法和自校正方法 。有源校正是通过在空间设置方向精确已知的辅助源对基阵模型参数进行离线估计。自校正方法将空间信源的方位与基阵误差参数进行联合估计,其运算量过大且难以实时实现,易于收敛到局部最优解。

  上述校正方法通常都采用了方位无关的基阵误差模型,而在实际工程应用中我们遇到的都是方位依赖的基阵误差,且难以校正同时存在的多种基阵误差。通常情况下基阵会存在多种误差形式,它们都可用一个方位依赖的基阵幅相误差描述。文献 [11-12]提出一种利用辅助阵元对方位依赖的基阵幅相误差自校正方法——ISM(Instrumental Sensors Method),该方法可以在多源情况下对信源方位和其对应的阵元幅相误差进行无模糊联合估计。但该方法为了得到比较精确的基阵误差参数,要求辅助 阵元位置无扰动、通道幅相一致,从而大大限制了ISM 方法在工程中的应用。

  声矢量水听器(AVS)可空间共点同步拾取声场中一点处的声压p(t) 和质点振速v(t) 的3 个正交分量,与传统的声压水听器相比其获得的信息量大为增加。在远程声场,点源信号的声压与振速是不相关的,所以基于平均声强概念的声压和振速联合处理技术具有较强的抗各向同性噪声能力。文献 [14]基于湖试实验确认了声能流处理的增益可达 10~20dB 这一重要结论,证明了声压振速联合处理 的抗噪能力。

  本文将矢量水听器与 ISM 方法的优点有效结合,提出了基阵误差的单辅助矢量水听器快速校准方法。该方法采用精确校正的单只矢量水听器作为辅助基阵,可对信源方位和阵元幅相误差进行无模糊联合估计,只需要参数的一维搜索,运算量小, 不存在参数联合估计的局部收敛问题。

  2 基阵误差模型描述

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    2019-11-01

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